Двигатель внутреннего сгорания

(51)7 02 15/02 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(56) Предварительный патент РК 5964, кл.02 15/04, 1998.(57) Изобретение относится к автотракторному двигателестроению. Техническим результатом является легкость сборки двигателя, надежность его в эксплуатации и возможность регулировки предварительного сжатия пружины шатуна. Это достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус, установленные в нем коленчатый вал и цилиндр с размещенным в нем поршнем и составным деформируемым шатуном, включающим верхнюю и нижнюю головки со стержнями, соединенными предварительно сжатой пружиной, стержень нижней головки шатуна выполнен в виде цилиндра с центральной трубкой для подачи масла в верхнюю головку шатуна и с двумя боковыми отверстиями, предварительно сжатая пружина установлена в полости цилиндра и снабжена регулировочными прокладками, а стержень верхней головки шатуна имеет вид штока с центральным отверстием для трубки нижней головки и с продольными пазами длиной не более половины радиуса кривошипа и глухими в верхней части, выполненными на боковой поверхности, при этом шток вставлен в цилиндр и соединен с ним гайкой с возможностью осевого перемещения, а в боковых отверстиях цилиндра вставлены направляющие винты,входящие в продольные пазы штока с возможностью предотвращения взаимного поворота цилиндра и штока и ограничения хода направляющих винтов. 9750 Изобретение относится к автотракторному двигателестроению. Известен двигатель внутреннего сгорания с переменным ходом поршня (а.с. СССР 1686203, кл.02 75/04,02 15/02, 1991). Использование данной конструкции позволяет изменять степень сжатия топливно-воздушной смеси в камере сгорания. К недостатку данного двигателя можно отнести сложность конструкции за счет наличия тяг и коромысел, что снижает коэффициент надежности. Кроме того, данная конструкция позволяет только изменять степень сжатия, но не оптимизирует индикаторную диаграмму двигателя, следовательно, не может увеличить КПД. Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является двигатель внутреннего сгорания (предварительный патент РК 5964 кл.02 15/04, 1998), содержащий корпус с установленным в нем коленчатым валом, цилиндром и размещенным в нем поршнем с составным деформируемым шатуном. К недостатку данного двигателя можно отнести сложность сборки деформируемого шатуна, а в случае поломки пружины или обрыва гибкого элемента неизбежна авария двигателя. Задачей изобретения явилась разработка двигателя, характеризуемого легкостью сборки, возможностью регулировки предварительного сжатия пружины, надежностью в эксплуатации. Это достигается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с установленным в нем коленчатым валом, цилиндром с размещенным в нем поршнем и составным деформируемым шатуном, включающим верхнюю и нижнюю головки со стержнями, соединенными предварительно сжатой пружиной с межвитковым расстоянием где- межвитковое расстояние ненапряженной пружины, м ном - номинальная мощность двигателя, Нм/с- угловая скорость вращения коленчатого вала,рад/с- радиус кривошипа коленчатого вала, м с - коэффициент жесткости пружины, Н/м- число витков пружины,стержень нижней головки шатуна выполнен в виде цилиндра с центральной трубкой для подачи масла в верхнюю головку шатуна и с двумя боковыми отверстиями, предварительно сжатая пружина установлена в полости цилиндра и снабжена регулировочными прокладками. Стержень верхней головки шатуна имеет вид штока с центральным отверстием для трубки нижней головки и с продольными пазами длиной не более половины радиуса кривошипа и глухими в верхней части, выполненными на боковой поверхности. 2 Стержни верхней и нижней головок шатуна соединены с помощью гайки с возможностью взаимного осевого перемещения. В боковые отверстия стержня нижней головки шатуна вставлены направляющие винты, входящие в пазы стержня верхней головки шатуна с возможностью предотвращения взаимного поворота стрежней и ограничения хода направляющих винтов. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - кинематическая схема двигателя на фиг. 2 - индикаторная диаграмма на двух взаимно перпендикулярных плоскостяхи Н на фиг. 3 - составной деформируемый шатун. Двигатель (фиг. 1) состоит из корпуса 1, внутри которого установлен коленчатый вал 2, цилиндр 3 с размещенным в нем поршнем 4 с шатуном 5. Двигатель имеет камеру сгорания 6 с клапанами 7 и 8. Шатун 5 (фиг. 3) состоит из нижней головки 9 с цилиндром 10, с которым соединяется с помощью гайки 11 верхняя головка 12 со штоком 13. Шток 13 имеет осевое сверление 14, в которое вставляется трубка 15 для подвода масла в верхнюю головку 12. Внутрь цилиндра 9 установлена пружина 16, предварительное сжатие которой регулируется набором прокладок 17. Для предотвращения проворачивания верхней головки 12 шатуна относительно цилиндра 9 и ограничения деформации пружины 16 в штоке 13 имеются продольные пазы 18 и 19 длиной не более половины радиусакривошипа коленчатого вала 2, выполненные глухими в верхней части 20 штока 13. Направляющие винты 21 одновременно выполняют роль упора для ограничения хода штока 13. Конструкция составного деформируемого шатуна(фиг. 3) соответствует следующим требованиям а) сила предварительного сжатия пружины где ном - номинальная мощность двигателя,Нм/с- угловая скорость коленчатого вала, рад/с- радиус кривошипа, м б) коэффициент предварительного сжатия пружины где- межвитковое расстояние ненапряженной пружины, м- межвитковое расстояние предварительно сжатой пружины, м- число витков пружины- коэффициент жесткости пружины, /м в) полная деформация шатуна под действием максимального осевого усилия должна быть мах 0,5 . Таким образом, ход штока 13 (фиг. 3) до упора ограничителей 20 о винты 21 равен мах. При работе двигателя на холостом ходу шатун 5(фиг. 1) ведет себя как жесткое звено. Когда на валу двигателя появляется нагрузка, давление в камере сгорания 6 резко возрастает. Под действием этого 9750 давления Рмах пружина 16 (фиг. 3) сжимается, длина шатуна уменьшается на,(4) В связи с увеличением объема камеры сгорания 6(фиг. 1) в результате уменьшения длины шатуна 5 в надпоршневом пространстве выравнивается давление газов с силой сжатой пружины Р. Двигатель какое-то мгновение работает с укороченным шатуном. При дальнейшем движении поршня вниз осевое усилие сжатой пружины передается на кривошип коленчатого вала 2 (шатун 5 удлиняется до первоначального значения) и поршень совершает работу,ограниченную площадью Р - Р - 3 (фиг. 2), расположенную на горизонтальной плоскости Н. Площадь этой фигуры (Р -- 3) и есть та дополнительная полезная работа, которую можно получить с помощью заявленного изобретения где- удлинение сжатого шатуна, м- элементарное изменение силы сжатой пружины, Н. Если пружина 16 (фиг. 3) имеет цилиндрическую форму, то где Рс - сила сжатия пружины под действием давления газов, Н. Таким образом данное изобретение позволяет оптимизировать индикаторную диаграмму двигателя(фиг. 2). В этом случае двигатель превращает тепловую энергию топлива в механическую, состоящую из двух слагаемых первое слагаемое механической энергии равно площади 12, а второе - площади 3, изображенной на горизонтальной плоскости Н 2 12, (6) где Р - изменяющееся по кривой давление газов, Н- элементарное перемещение поршня, м. Предлагаемая конструкция отличается от составного деформируемого шатуна (предварительный патент 5964) тем, что с помощью прокладок 17(фиг. 3) можно увеличить величину деформациии уменьшить давлениепри начале деформирования шатуна. И этим дополнительно увеличить значение полезной работы А 2 (5). Однако чрезмерное снижение значения давления- начала деформирования шатуна - приводит к затруднению запуска двигателя,особенно при низкой температуре окружающей среды. Подбирая значения параметров Р,и угла опережения зажигания, можно добиться полного сгорания топлива. Поэтому окончательные значения параметров конструкции шатуна для данного двигателя могут быть установлены экспериментальным путем. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, установленные в нем коленчатый вал и цилиндр с размещенным в нем поршнем и составным деформируемым шатуном, включающим верхнюю и нижнюю головки со стержнями, соединенными предварительно сжатой пружиной с межвитковым расстоянием где- межвитковое расстояние ненапряженной пружины, м ном - номинальная мощность двигателя, Нм/с- угловая скорость вращения коленчатого вала,рад/с- радиус кривошипа коленчатого вала, м с - коэффициент жесткости пружины, Н/м- число витков пружины,отличающийся тем, что стержень нижней головки шатуна выполнен в виде цилиндра с центральной трубкой для подачи масла в верхнюю головку шатуна и с двумя боковыми отверстиями, предварительно сжатая пружина установлена в полости цилиндра и снабжена регулировочными прокладками, а стержень верхней головки шатуна имеет вид штока с центральным отверстием для трубки нижней головки и с продольными пазами, длиной не более половины радиуса кривошипа и глухими в верхней части, выполненными на боковой поверхности, при этом шток вставлен в цилиндр и соединен с ним гайкой с возможностью осевого перемещения, а в боковых отверстиях цилиндра вставлены направляющие винты, входящие в продольные пазы штока с возможностью предотвращения взаимного поворота цилиндра и штока и ограничения хода направляющих винтов.